Nanoestrellas centelleantes suministran aplicación potencial de imagenología biomédica

Las nanoestrellas giran cuando se exponen a un campo magnético rotatorio y pueden dispersar la luz para producir un efecto pulsátil o "centelleante”. Este centelleo les permite destacarse más claramente de los fondos ruidosos como aquellos encontrados en el tejido biológico.

Los investigadores de la Universidad Purdue (West Lafayette, IN, EUA), Dr. Alexander Wei, un profesor de química, y el Dr. Kenneth Ritchie, un profesor asociado de física, lidera el equipo que creó el método de imagenología giromagnético. "Este es un método muy diferente para realzar el contraste en imagenología óptica”, declaró el Dr. Wei, quien también es un miembro del Centro de Investigación de Cáncer y el Centro de Ciencias Oncológicas de la Universidad de Purdue. "Más brillante no es necesariamente mejor para la imagenología; el tema real es el ruido de fondo, y usted puede siempre superar eso simplemente creando partículas más brillantes. Con imagenología giromagnética podemos concentrarnos en las nanoestrellas aumentando la fuerza de la señal y reducir el ruido de fondo”.

Las nanoestrellas de oro son aproximadamente de 100 nm de punta a punta y contienen un corazón de óxido de hierro que las hace girar cuando son expuestas a un imán rotatorio. Los brazos de la nanoestrella están diseñados para responder a una fuente de luz y reflejar la luz a una cámara cuando se alinea apropiadamente. Esto les da a las nanoestrellas la apariencia de centellear, a tasas que puede ser controladas precisamente por la velocidad del campo magnético rotatorio. La característica única de las nanoestrellas centelleantes les permite ser ubicadas fácilmente desde un campo de partículas estacionarias, algunas de las cuales pueden ser más brillantes que las nanoestrellas.

Cualquier señal que no tenga la frecuencia correspondiente al campo magnético rotatorio puede ser suprimida en las imágenes, eliminando el ruido de fondo, reportó el Dr. Ritchie. "Fue sorprendente lo bien que este método mejoró la imagenología”, dijo. "Puede mejorar el contraste de las partículas con respecto al ruido de fondo en más de 20 decibeles y puede revelar claramente una nanoestrella giratoria, cuando con los métodos directos de imagenología, existentes en muchos casos, usted no podría encontrar una partícula”.

Las nanoestrellas de oro y otras nanopartículas han sido recientemente estudiadas como agentes de contraste para imagenología biomédica por su brillo a longitudes de onda cercanas al infrarrojo, las que pueden penetrar en el tejido mejor que la luz visible. Sin embargo, darles la capacidad de centellear fue clave para desarrollar un método de imagenología dinámico novedoso, de acuerdo con el Dr. Wei. "Las nanoestrellas giromagnéticas combinan la señalización óptica fuerte con un mecanismo único para reducir el ruido, permitiendo encontrar la aguja proverbial en un pajar”, comentó. "La clave es permitir que las nanoestrellas centelleen en una frecuencia de nuestra elección. Nuestro análisis elige señales en esa frecuencia y traslada esa información en imágenes de claridad notable”.

Un artículo detallando el trabajo del equipo fue publicado en la edición del 22 de Julio de 2009, de la revista "Journal of the American Chemical Society (JACS)”. Los Institutos Nacionales de Salud de los Estados Unidos (Bethesda, MD, EUA) patrocinaron la investigación.

Para realizar la imagenología giromagnética, el equipo colocó una muestra de células conteniendo nanoestrellas bajo un microscopio estándar equipado con una fuente de luz blanca y un imán rotatorio. La luz fue enviada por medio del rayo separador polarizante a la cámara. La cámara recolectó las imágenes a 120 marcos por segundo, captando la señal de las nanoestrellas cuando giran a aproximadamente cinco revoluciones por segundo.

La instalación es simple y práctica para uso en el laboratorio general, según el Dr. Ritchie. "Para transformar una técnica nueva de imagenología en algo práctico para el uso amplio, debe hacerse sin equipo especializado”, dijo. "Muchas otras técnicas de imagenología requieren equipos costosos o láseres, pero este método se puede hacer con una lámpara halógena y una cámara de diez mil dólares”.

Después de obtener los datos iniciales, se pueden aplicar operaciones matemáticas como transformaciones de Fourier para obtener información de frecuencia de las señales de luz pulsátiles, permitiendo que las nanoestrellas sean detectadas fácilmente. Ya se sabe que el uso de transformaciones de Fourier en técnicas de imagenología, frecuentemente referidas como imagenología de dominio Fourier, son útiles para reducir el ruido, pero el método del investigador permite que una frecuencia mecánica sea usada como entrada para la imagenología selectiva, basada en Fourier, anotó el Dr. Wei. "Tenemos control externo sobre la velocidad de rotación, de modo que siempre sabremos qué frecuencia usar cuando buscamos las nanoestrellas”, dijo.

Para evaluar si las nanoestrellas pueden o no lesionar las células durante el proceso de imagenología, los investigadores encontraron que las partículas no eran solamente biocompatibles, sino que podían promover realmente el crecimiento celular, de acuerdo con el Dr. Wei. Los investigadores continúan investigando los efectos biológicos de las nanoestrellas en de las células.

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Purdue University